燃烧室衬里导向挡板以及用于组装燃烧器的方法

技术领域

本发明大体涉及燃气涡轮机燃烧器的燃烧室衬里导向挡板，确切 地说，涉及通过燃烧器壳体插入的燃烧衬里导向挡板以及用于组装所 述燃烧器的方法。

背景技术

燃气涡轮机通常包括压缩机部分、燃烧室部分和涡轮机部分。压 缩机部分对流入涡轮机的空气进行加压。从压缩机部分排出的加压的 空气，流入燃烧室部分，通常燃烧室部分的特征在于具有在燃气涡轮 机的轴线周围围绕环形阵列而设置的多个燃烧器。所述多个燃烧器中 的每一个包括燃烧室衬里，它构成了燃烧器的燃烧室。因此，进入每 个燃烧器的空气与燃料进行混合，并在燃烧室衬里内燃烧。热的燃烧 气体从燃烧室衬里流出，流经过渡连接件进入燃气涡轮机的涡轮机部 分，从而驱动涡轮机并发电。

燃烧室衬里通常同心地位于燃烧器的导流套管内，并且从其中径 向向内隔开。燃烧室衬里的前端通常具有多个周向间隔开的衬里挡板 (liner stop)特征(即，阳性或阴性衬里挡板)，它们与通常固定到导 流套管上的对应数目的衬里导向挡板接合以及/或者配对。因此，当燃 烧室衬里安装在导流套管内时，衬里挡板确保所述燃烧室衬里在所述 导流套管内的径向与轴向位置的正确性，并且还防止所述燃烧室衬里 沿着轴向下游方向(即，向着过渡连接件)移动。

在运行期间，燃烧器动力学和热应力可致使燃烧室衬里、导流套 管和燃烧器的其他部件发生振动，并且以其他方式相对彼此移动。这 可导致衬里挡板特征、和/或衬里导向挡板失效，因此使得导流套管 内的燃烧衬室衬里发生错位、以及/或者对燃烧室衬里或导流套管造 成损伤。为了修补受损的衬里导向挡板，必须使燃烧器脱机，并将其 至少部分拆解。燃烧室衬里和/或导管套管必须被移除，而工人必须 在现场对受损部件进行机械加工，或者将部件送到场外进行维修，但 这会产生昂贵的维修费用以及延长的停机周期。因此，此项技术中需 要一种用于燃气涡轮机燃烧器的改进的燃烧器衬里导向挡板以及一 种用于安装所述衬里导向挡板的方法。

发明内容

本发明的各个方面和优点中的一部分将在以下描述中阐明，或者 这些方面和优点可易于从所述描述中了解，或者可通过实践本发明而 习得。

一方面，本发明公开一种用于燃气涡轮机的燃烧器。所述燃烧器 包括壳体、至少部分设置在所述壳体内的导流套管、至少部分设置在 所述导流套管内的燃烧室衬里、从所述燃烧室衬里处延伸的衬里挡板 特征，以及衬里导向挡板。所述衬里导向挡板包括与第二端分开的第 一端。所述第二端可经配置以至少部分与所述衬里挡板特征相配合， 并且所述衬里导向挡板延伸穿过所述壳体和所述导流套管。

另一方面，本发明公开一种用于组装燃气涡轮机的燃烧器的方 法，所述燃烧器包括壳体、导流套管和燃烧室衬里。所述方法大体包 括将燃烧室衬里插入到燃烧器壳体中，其中所述燃烧室衬里包括从所 述燃烧室衬里处延伸的至少一个衬里挡板特征。所述方法也可包括通 过所述壳体以及所述导流套管插入衬里导向挡板，其中所述衬里导向 挡板在第一端和第二端之间延伸，并且将所述衬里导向挡板的第二端 与所述衬里挡板特征接合/相配合。

参考以下具体实施方式和所附权利要求书可以更好地理解本发 明的这些以及其他特征、方面和优点。附图并入本说明书中并构成本 说明书的一部分，展示了本发明的各个实施例，并与所述描述一起解 释本发明的原理。

附图说明

本说明书参考附图、针对所属领域的一般技术人员，完整且可实 现地揭示了本发明，包括其最佳模式，其中：

图1描绘了根据本发明的各实施例的燃气涡轮机燃烧器的一部分 的侧视截面图；

图2描绘了图1所示的燃气涡轮机燃烧器的侧视截面图；

图3描绘了图1所示的燃气涡轮机燃烧器的侧视截面图；

图4描绘了图1所示的燃气涡轮机燃烧器的侧视截面图；

图5描绘了根据本发明各方面的衬里导向挡板和衬里挡板特征的 俯视截面图；

图6描绘了根据本发明各方面的衬里导向挡板和衬里挡板特征的 俯视截面图；

图7描绘了根据本发明各方面的衬里导向挡板和衬里挡板特征的 俯视截面图；以及

图8描绘了根据本发明各方面的衬里导向挡板和衬里挡板特征的 俯视截面图。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的各项实施例，附图中图示了本发明实施 例的一个或多个实例。各个实例用以解释本发明而非限制本发明。事 实上，所属领域的技术人员容易了解，在不脱离本发明的范围或精神 的前提下，可对本发明做出不同修改和变化。例如，作为一项实施例 的一部分而进行说明或描述的特征可用于另一项实施例，从而得到又 一项实施例。因此，本发明应涵盖属于所附权利要求书及其等效物的 范围内的此类修改和变化。

本发明大体涉及燃气涡轮机燃烧器，其包括壳体、导流套管、燃 烧室衬里和衬里导向挡板。本发明还涉及一种用于组装燃烧器的方 法。在各实施例中，衬里导向挡板穿过壳体和导流套管，并且与从燃 烧室衬里处大体径向延伸的衬里挡板特征(liner stop feature)接合/相配 合。因此，在燃烧器的组装和运行期间，燃烧室衬里可在所述燃烧器 内部正确对齐并得到支撑。在特定的实施例中，衬里导向挡板可耦接 到壳体的外表面。通过这种方式，无需将燃烧器拆解，即可将衬里导 向挡板通过壳体移除以及/或者将其替换，从而为运营企业节省了大量 的开销，例如劳动力和材料成本、以及通常与长时间停机相关的收入 损失的成本。另外，通过使衬里导向挡板穿过壳体和导流套管、而非 直接将其机械连接到所述导流套管，可显著减小导流套管上的机械应 力和热应力。因此，在每次停机之间的周期可能会延长，从而进一步 降低了由操作员引起的操作费用。

现在参考附图，图1至图4描绘了根据本发明的各实施例的燃气 涡轮机燃烧器10的一部分的侧视截面图。如图1所示，燃烧器10可 包括大体上呈环形的壳体12。可将壳体12固定到燃气涡轮机壳体的 一部分(未图示)上，例如，压缩机排放壳体或燃烧室包装壳体。燃 烧器10还可包括导流套管14和燃烧室衬里16，该燃烧室衬里基本同 心地布置在所述导流套管14内。燃烧器10可进一步包括设置在壳体 12一端处的端盖18，并且还可包括大体设置在燃烧室衬里16内的燃 料喷嘴帽组件20。燃烧器10还可包括至少一个衬里导向挡板22，衬 里导向挡板22包括第一端24和第二端26。燃烧室衬里16可大体界 定基本上呈圆柱形的燃烧室，燃料和空气被注入到燃烧室中，并将它 们燃烧以产生热的燃烧气体。

如图2所示，壳体12可界定大体径向延伸穿过所述壳体12的至 少一个第一通道28。壳体12还可界定设置在所述壳体12的外表面 32上的第一配对表面30。第一配对表面30可至少部分环绕第一通道 28。第一配对表面30和/或壳体12可经配置以接纳匹配的螺纹紧固件， 例如螺栓(未图示)。例如，第一配对表面30可包括从所述第一配 对表面30处大体径向向内延伸的至少一个凹口34。在特定的实施例 中，凹口34可制有螺纹、以及/或者可经配置以接纳螺纹嵌件。在进 一步实施例中，第一通道28可经配置以允许衬里导向挡板22直接连 接到壳体12。例如，如图3所示，在特定的实施例中，第一通道28 可制有螺纹以及/或者可经配置以接纳螺纹嵌件。

如图2所示，第一套环36可大体上同心地设置在第一通道28内。 第一套环36可大体径向向内延伸，并且穿过壳体12。第一套环36可 至少部分环绕图1、图3和图4所示的衬里导向挡板22。在特定的实 施例中，第一套环36可延伸穿过壳体12和导流套管14。第一套环 36大体上可为弧形、矩形、三角形以及/或者与第一通道24匹配的任 何形状。通过这种方式，第一套环36可在燃烧器10的组装和运行期 间，防止衬里导向挡板22对第一通道28和/或导流套管14造成损坏， 方法是在所述衬里导向挡板22与壳体12和/或所述导流套管14之间 提供边界表面。另外，在燃烧器10的组装期间，第一套环36可有助 于引导所述衬里导向挡板22通过壳体12和/或导流套管14。在进一 步实施例中，第一套环36可至少部分界定延伸穿过其中的多个冷却 通道38。通过这种方式，在燃烧器的运行期间，工作流体，例如，压 缩器排出空气，可流经所述多个冷却通道38，并且为图1、图3和图 4所示的衬里导向挡板22提供对流冷却，从而减小了衬里导向挡板 22上的热应力和机械应力。

如图1至图4所示，导流套管14可界定大体径向延伸穿过所述 导流套管14的至少一个第二通道40。第二通道40可与在第一通道 28基本上同心对齐。如图2所示，第二通道40大体可为弧形、矩形、 三角形或者与衬里导向挡板22以及/或者第一套环36匹配的任何形 状。通过这种方式，衬里导向挡板22和/或第一套环36可延伸穿过导 流套管14。第二通道40的尺寸可经调整以允许在燃烧器10运行期间 衬里导向挡板发生热增长，以及/或者允许在燃烧器10停机期间对衬 里导向挡板进行移除/替换。

如图1所示，第二套环42可大体上同心地设置在第二通道40内。 第二套环42可大体径向延伸穿过导流套管14，并且可机械连接到所 述导流套管14。例如，第二套环42可焊接或钎焊到导流套管14上。 此外或在替代性方案中，第二套环42可插入到第二通道40中，并且 可允许其在第二通道40内漂浮。通过这种方式，第二套环42可能在 第二通道40内移动从而引起导流套管14的错位或者说未对齐，以及 衬里导向挡板22的错位或者说未对齐，并且导致装配公差的波动， 而且使得在燃烧器10的运行期间导流套管14和/或衬里导向挡板22 发生移动，以及/或者会减少导流套管14与衬里导向挡板22之间的机 械应力。

如图4所示，对准套管44可从导流套管14的内表面46处大体 向着燃烧室衬里16径向向内延伸。应了解，可通过所属领域中已知 的任何合适的方式将对准套管44连接到导流套管14。例如，对准套 管44可经焊接、螺栓连接、钉接以及/或者浇铸而构成导流套管14的 整体部分。分别如图2和图1所示，对准套管44可至少部分环绕第 二通道40和/或第一套环36或第二套环42。对准套管44可部分为弧 形、三角形或矩形或它们的任何组合，只要它们适用于在燃烧器10 的组装和/或运行期间使得导流套管14与燃烧室衬里16至少部分配合 以及/或者对齐。

如图1至图4所示，燃烧室衬里16可包括至少一个衬里挡板特 征48。衬里挡板特征48可连接到燃烧室衬里16，并且可从燃烧室衬 里16的较凉的侧表面50处大体径向向外延伸。所属领域的技术人员 应了解，可通过所属领域中已知的任何合适方式将衬里挡板特征48 连接到燃烧室衬里16。例如，衬里挡板特征48可经焊接、钉接以及/ 或者浇铸而构成燃烧室衬里16的整体部分。如图1、图3和图4所示， 衬里挡板特征48可设计成具有任何合适的形状和/或配置，以使得所 述衬里挡板特征48能够与衬里导向挡板22第二端26和/或对准套管 44匹配和/或配合(如图3所示)，从而对燃烧室衬里16的安装进行 协助，并且/或者使所述燃烧室衬里16在导流套管14(或燃烧室壳体 12)内正确对齐、以及/或者防止所述燃烧室衬里16在燃烧器10的运 行期间发生旋转和/或轴向移动。应知晓，本说明书所用的术语“第二 端”定义为与衬里挡板特征48至少部分配合的衬里导向挡板22的一 部分。例如，如图5至图8所示，衬里挡板特征48可大体为弧形、 矩形、三角形或它们的任何组合，它们需要适用于与图1、图3和图 4所示的衬里导向挡板22第二端26配合和/或配对，以及/或者与图3 所示的对准套管44接合。如图1、图3、图4以及图5至图8所示， 衬里挡板特征48可配置为阳性或阴性衬里挡板特征48，从而与衬里 导向挡板22第二端26匹配。如图3所示，在特定的实施例中，衬里 挡板特征48可界定第一细长槽52，当燃烧室衬里16插入到燃烧器 10中时，该细长槽经配置以接纳衬里导向挡板22第二端26。第一细 长槽52可大体上自衬里挡板特征48处的下游端54处形成，并且可 朝着所述衬里挡板特征48的上游端56延伸。在其他实施例中，如图 4所示，衬里挡板特征48可至少部分界定孔58，该孔从所述衬里挡 板特征48的顶面60处大体径向向内延伸。在特定的实施例中，孔58 可制有螺纹，以及/或者可包括经配置以与衬里导向挡板22第二端26 配合的螺纹嵌件。

如图1、图3和图4所示，衬里导向挡板包括大体在第一端24和 第二端26之间延伸的支撑主体62。支撑主体62可大体延伸穿过壳体 12第一通道28和导流套管14第二通道40，从而使得第二端26与燃 烧室衬里16的衬里挡板特征48至少部分接合/配合。支撑主体62可 大体为弧形、矩形、倾斜的或任何形状或形状的任何组合，以适用于 在燃烧器10运行期间支撑燃烧室衬里16。

在特定的实施例中，衬里导向挡板22的第一端24可包括至少部 分绕着第一端24周向延伸的法兰64。如图1所示，法兰64可界定大 体径向延伸穿过所述法兰64的至少一个紧固件通道66。紧固件通道 66可经定位使得当衬里导向挡板22插入到燃烧器10中时，该通道与 壳体12凹口34对齐。通过这种方式，紧固件，例如，螺栓，可穿过 法兰64并且进入到壳体12凹口34中，从而将衬里导向挡板22连接 到壳体12。

如图3所示，在特定的实施例中，支撑主体62和/或第一端24可 为螺纹式的。通过这种方式，通过将衬里导向挡板22拧入第一通道 28中，可将所述衬里导向挡板22直接固定到壳体12上，其中所述第 一通道28可为螺纹式的、以及/或者如之前所披露的，包括设置在所 述第一通道28内的螺纹插入件。如图1、图3和图4所示，法兰64 还可界定第二配对表面68。第二配对表面68可与图2所示的壳体12 的第一配对表面30互补以匹配，并且如图1、图3和图4所示，一旦 衬里导向挡板22连接到所述壳体12，所述第二配对表面可在所述衬 里导向挡板22与壳体12之间形成密封(件)。在进一步实施例中， 衬里导向挡板22可连接到壳体12和/或第一配对表面30，其方法是 将所述衬里导向挡板22焊接到壳体12的外表面32和/或第一配对表 面30上。在替代性实施例中，衬里导向挡板22可连接到导流套管14 的外表面。通过这种方式，支撑主体62可延伸穿过导流套管14，从 而使得第二端26与燃烧室衬里16的衬里挡板特征48至少部分接合/ 配合。

如图1以及图3至图8所示，衬里导向挡板22的第二端26可为 任何合适的形状和/或配置以使得所述衬里导向挡板22能够与衬里挡 板特征48配对以及/或者配合，从而对燃烧室衬里16的安装进行协助， 并且/或者在导流套管14和/或燃烧器壳体12内正确对齐所述燃烧室 衬里16。通过这种方式，衬里导向挡板22还可在燃烧器10的运行期 间防止燃烧室衬里16发生旋转以及/或者轴向移动。例如，如图5至 图8所示，衬里导向挡板22可大体为弧形、三角形、矩形或它们的 任何组合形式，以适用于与衬里挡板特征48配合和/或配对。如图1 至图4所示，衬里导向挡板22第二端26可经配置以与阳性或阴性衬 里挡板特征48匹配。如图1所示，在特定的实施例中，衬里导向挡 板22的第二端26可包括第二细长槽70，从而使得当燃烧室衬里16 安装在燃烧器10内时，衬里挡板特征48可滑入到衬里导向挡板22 第二端26并与之至少部分配合。如图4所示，在进一步实施例中， 第二端可大体为圆形，并且可包括至少部分围绕所述第二端26周向 延伸的螺纹。第二端26上的螺纹可与设置在衬里挡板特征48的孔58 内的螺纹匹配。通过这种方式，可将衬里导向挡板22拧入衬里挡板 特征48，从而在燃烧器10的组装和运行期间提供对燃烧室衬里16的 支撑、以及/或者维持其正确的对齐。所属领域的技术人员应了解，衬 里导向挡板22可用于指示燃烧室衬里16的正确安装深度，并且防止 所述燃烧室衬里16在燃烧器10运行期间发生旋转和/或轴向移动。

参考图1至图8进行描述和图示的各实施例还可提供一种用于对 燃气涡轮机的燃烧器10进行组装的方法。所述方法可大体包括将燃 烧室衬里16插入到燃烧器壳体12中，所述燃烧室衬里16包括至少 一个衬里挡板特征48。所述方法进一步包括将衬里导向挡板22插入， 使其通过壳体12和导流套管14，并且将所述衬里导向挡板22的第二 端26与衬里挡板特征48相配合。所述方法可进一步包括将衬里导向 挡板22的第一端24连接到壳体12。所述方法还可包括将衬里导向挡 板22连接到壳体12，方法是将衬里导向挡板22螺栓连接或焊接到壳 体12的外表面32上。所述方法可进一步包括将套环(36或42)插 入，使其通过壳体12或导流套管14中的至少一者，从而使得所述套 环至少部分环绕衬里导向挡板22。所述方法还可包括将衬里导向挡板 22拧入到衬里挡板特征48。所述方法可进一步包括将衬里挡板特征 48插入到设置在衬里导向挡板22的第二端26处的第二细长槽70中。 此外或在替代性方案中，所述方法可包括将衬里导向挡板22插入到 设置在衬里挡板特征48内的第一细长槽52中。所述方法还可包括在 将燃烧室衬里16插入到导流套管14中时，将衬里挡板特征48与对 准套管44对齐。

本说明书使用了多个实例来揭示本发明，包括最佳模式，同时也 让所属领域的任何技术人员能够实践本发明，包括制造并使用任何装 置或系统，以及实施任何所涵盖的方法。本发明的保护范围由权利要 求书界定，并可包括所属领域的技术人员构想出的其他实例。如果其 他此类实例所包括的结构要素与权利要求书的字面意义相同，或者如 果此类实例所包括的等效结构要素与权利要求书的字面意义无实质 差别，则此类实例也应属于权利要求书的范围。